Установка сернокислотного алкилирования с использованием реактора каскадного типа

• Название: Установка сернокислотного алкилирования с использованием реактора каскадного типа
• Дата: 07.12.2021
• Размер: 0.76 Mb.
• Имя файла: 000dfc2b-d26fb81c (3).doc
• Тип: Диплом; #294905
• страница: 2 из 9

ВВЕДЕНИЕ

Основное назначение процесса – производство высокооктанового изоком­понента бензинов алкилированием изобутана бутиленами и пропиленом.

Целевой продукт процесса – алкилат является идеальным компонентом для приготовления высокооктановых бензинов, благодаря своему высокому окта­но­вому числу (по исследовательскому методу более 96 пунктов), низкому давле­нию насыщенных паров, низкому содержанию серы и уникальным свойствам не окис­ляться кислородом воздуха. Октановое число основного компонента алкилата – изооктана (2,2,4-триметилпентана) – принято, как известно за 100.

Реакция алкилирования изопарафинов олефинами была впервые открыта и изу­чена в СССР, в Государственном институте высоких давлений, в 1932 году. В ка­честве катализатора применяли хлористый алюминий, промотированный хлори­стым водородом. Это открытие положило начало многочисленным исследо­ваниям реакции алкилирования и поискам возможных катализаторов.

В 1938 году были опубликованы работы Бирча с сотрудниками, которые ус­тановили высокую эффективность концентрированной серной кислоты в каче­стве катализатора алкилирования изобутана легкими олефинами.

Первая промышленная установка сернокислого алкилирования была пу­щена в конце 1938 года на заводе в Бейтауне (США). Одновременно с этим в не­скольких институтах СССР (АзНИИ, ГрозНИИ, ЛенНИИ и др.) проводилась ин­тенсивная разработка технологии процесса, завершившееся пуском (1942 г.) в Грозном первой в Советском Союзе промышленной установки, запроектирован­ной по данным ГрозНИИ Гипрогрознефтью.

Целевым продуктом в начале был исключительно компонент авиабензина, и лишь в последние годы на базе газов каталитического крекинга алкилирование стали использовать для улучшения моторных качеств товарных бензинов.

1 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Основные мировые технологии сернокислотного алкилирования
В 2006 году в России переработано около 214 млн. т нефти. Известное от­ставание глубины переработки нефти в России означает, что из одной тонны сы­рой нефти в России получают 160 л бензина, в то время как в Европе 400 л, в США соответственно 480 л. Основная причина отставания заключается в недово­оруженности российских за­водов современными технологиями по глубокой пере­работке нефти. Одной из та­ких технологий является алкилирование. Продукт этой технологии - алкилат - од ин из основных компонентов высокооктановых бензи­нов. Российская компания "Техно-АлкО" предлагает патентованную российскую технологию, принципи­ально отличающуюся от применяемых в настоящее время.
Если говорить о качестве бензинов, то качество и соответствие стандартам боль­шинство людей воспринимает как некую надуманную абстракцию, а ведь это всего-навсего чистота воздуха, которым мы дышим, то есть наше здоровье. Для авиаторов же качество бензина во многих случаях - вопрос жизни или вечной па­мяти.

Сообщения о том, что глубина нефтепереработки в России существенно ниже, чем в так называемых развитых странах, банальны потому, что заклинания о необходимости ее повышения с применением отечественных технологий пока не срабатывают. Проблема для России проста: нет качественных бензинов, не может быть качественных автомобилей, и впечатление такое, что пожелания о не­обходимости перехода на Евро 4,5 и уменьшение экологического вреда авто­транспорта без помощи Запада останутся лишь пожеланиями.

В России развивается производство автомобилей иностранных марок с оп­реде­ленными требованиями к бензинам. Известны высказывания отдельных экс­пер­тов, что сохранение сегодняшней ситуации с качеством бензинов (не говоря об экологических проблемах) может привести к тому, что иностранные разработчики просто не будут гарантировать работоспособность своих двигателей. А между тем в России есть уникальные технологии для решения этого вопроса.

Мировые игроки.

Известно мнение специалистов-технологов, что алкилат сегодня является идеаль­ным компонентом для получения высокооктановых бензинов благодаря высокому октановому числу (не ниже 95), низкому давлению насыщенных паров, отсутст­вию серы, кислорода, азота и уникальному свойству не окисляться на воз­духе. Содержание алкилата в высокооктановых бензинах технологически разви­тых стран доходит до 25%, а в авиационных бензинах он является основным ком­по­нентом (более 60%).

Механизм реакции алкилирования довольно сложен и к тому же сопряжен с нали­чием двух несмешивающихся фаз. В процессе алкилирования сжиженный изобу­тан (С4Н10) вступает в реакцию с лёгкими олефинами (С4Н8) в присутст­вии ге­терофазного катализатора - серной кислоты (Н2SO4). Так как помимо ос­новной реакции проходит множество параллельно-последовательных, то образу­ется це­лый "букет" углеводородов разного строения. Целевыми соединениями яв­ляются обладающие наилучшими характеристиками триметилпентаны. Для полу­чения необходимого качества товарного алкилата особую важность имеют опре­делен­ные соотношения изобутана, олефинов и катализатора, продолжительность кон­такта исходных продуктов, температура.

Сегодня в мире известны три патентованных технологии получения алки­лата по схеме сернокислотного алкилирования, которыми владеют три компании: амери­канские Stratco (технологии известны с 1930-х годов, кстати в основу поло­жены разработки советского ученого Ипатьева В.Н.); Kellogg (аффилированная компа­ния транснациональной ExxonMobil) и российская "Техно-АлкО", техноло­гия ко­торой не имеет мировых аналогов. Две первые технологии характеризуются тем, что а) используют большие (объемом до 500 м³) емкости-реакторы; б) ис­пользуют механические смесители (очевидно, что наличие механических частей определяет достаточно низкую наработку на отказ); в) механические части под­вержены кор­розии и требуют регулярной замены, для чего необходима остановка реактора; г) реакторы имеют высокую взрывоопасность и соответственно высо­кий коэффици­ент поражения территории в случае чрезвычайной ситуации (т.к. в

процессе про­изводства единовременно находится до 400 т горючих продуктов и серная ки­слота); д) технологический цикл получения конечного продукта состав­ляет более 20 час.

Благодаря монопольному праву и экономической мощи патентообладате­лей сего­дня эти две технологии применяются на абсолютном большинстве нефте­перера­батывающих заводов в мире.

Российская технология.

Начало российскй технологии положено работами ОАО "ВНИИНефте­маш" в 1990-х годах. В настоящее время патентом на эту технологию владеет компания "Техно-АлкО", созданная в 1998 году специально для внедрения техно­логии в России и за рубежом (см. "Принципиальные отличия технологии "Техно-АлкО"). Принципиальные отличия технологии "Техно-АлкО" (при одинаковой производи­тельности конечного продукта)

 отсутствие механических смесителей в реакторе за счет использования струйного реактора (эффективное использование гидродинамики),

 высокая скорость технологического процесса получения конечного про­дукта (десятки секунд против десятков минут)

 возможность модульного наращивания производительности

 возможность расширения сырьевой базы за счет использования не только бутиленов, но и другого сырья, в частности пропан-пропиленовой фракций

 объем реактора, обеспечивающего процесс, примерно в сто раз меньше, чем в вышеуказанных технологиях

 значительное увеличение (за счет отсутствия механических узлов) меж­ремонтного пробега реактора

 существенное в разы сокращение и упрощение технического обслужи­ва­ния и ремонта

 существенное в разы сокращение времени изменения технологических режимов процесса

 уменьшение расходов по техническому обслуживанию

Особенно следует отметить принципиальное повышение уровня промыш­ленной безопасности, снижение экологической опасности и негативного влияния на ок­ружающую среду, минимальный уровень взрывоопасности и, соответст­венно, уменьшение величины и зоны поражения при чрезвычайных ситуациях. Реактор, обеспечивающий реализацию технологии сернокислотного алкилирова­ния, явля­ется "сердцем" установки по производству алкилата, составляя не более 10% стоимости всего оборудования установки. Специалисты считают, что приме­нение реактора, реализующего российскую технологию, может стать "паровозом", спо­собным вывести на принципиально новый уровень и производство алкилата, и, соответственно, качественных бензинов в России, соответствующих мировым стандартам (см. "Технико-экономические показатели различных технологий").
В СССР было построено 16 установок получения алкилата, а также определенное количество установок было построено в странах Восточной Европы. В настоящее время в России в эксплуатации - четыре установки суммарной производительно­стью около 450 тыс. т в год.

Для перехода на высокооктановые бензины, соответствующие современ­ным тре­бованиям, необходимо производить до 3 млн т в год алкилата. Учитывая уве­личе­ние автомобильного парка, потребность в алкилате может составить до 5 млн т к 2010-2012 годам. Это означает, что перспектива строительства установок по­луче­ния алкилата возникает не менее чем на 10 существующих НПЗ. А это ры­нок для поставщиков оборудования более чем на $1 млрд. За это стоит побороться отече­ственным производителям. Или отечественным машиностроителям (да и за­казчи­кам) надо дополнит ельно объяснять, что это наш национальный рынок, а не ры­нок третьих стран, и как надо себя вести дома по-хозяйски, даже очень уважая гостей?
На сегодняшний день отечественное нефтегазовое машиностроение в пол­ной мере ощутило жесткую конкуренцию с зарубежной продукцией. Российская тех­нология получения алкилата обладает известными специалистам технологиче­скими и эксплуатационными преимуществами. Не говоря уже о стоимостных преимуществах при одинаковой производительности.

Строительство "под ключ" новой установки получения алкилата по тради­цион­ным технологиям составляет порядка $90-120 млн. Понятно, что компания, чью технологию алкилирования примет заказчик, и будет строить всю установку. Иностранные компании внедряют в Рос сии имеющуюся у них технологию алки­лирования, которая сама по себе стоит не более 10% установки. Остальные 90% стандартного оборудования (трубы, компрессоры, колонны, емкости, системы управления и контроля и др.) они везут из-за рубежа, тем самым обеспечивая ра­ботой собственные машиностроительные заводы и ставя в определенную зависи­мость российского потребителя от иностранных производителей.

В то же время применение российской технологии дает сокращение затрат только на строительство до 25%. Можно с определенной уверенностью сказать, что большинство традиционного оборудования, применяемого в установках, про­изво­дится в России и не уступает по соотношению цена-качество зарубежному. А с точки зрения эксплуатационных затрат, запчастей, ремонтов, подготовки персо­нала и текущего обслуживания можно ожидать реальное стоимостное преимуще­ство отечественной продукции.

О чем говорит опыт применения?

В частности, об этом шла речь на конференции в Омске в 2006 году, спе­ци­ально посвященной проблеме алкилирования. На ней широкому кругу специа­ли­стов нефтегазовой отрасли была представлена информация о 6-летнем опыте промыш­ленной эксплуатации установки алкилирования, построенной на базе рос­сийской технологии на ОАО "Славнефть-Ярославнефтеоргсинтез". Но, к сожале­нию, (а для кого-то, возможно, уже с раздражением) надо отметить, что случай примене­ния российской уникальной технологии тоже пока носит уникальный единичный характер.

Очевиден вывод, который неоднократно звучал из уст руководителей страны и многих известных представителей нефтегазового сообщества о том, что надо при­нимать конкретные ответственные решения по развитию российских технологий, имеющих как импортозамещающее значение, так и экспортный по­тенциал. Это даст многоплановый эффект - действительный, а не декларативный прорыв в уве­личении глубины переработки, мультипликативный эффект произ­водственной за­грузки отечественных предприятий нефтегазового машинострое­ния, снижение издержек и др.

Признание данной отечественной технологии подтверждается, в частности, при­суждением разработчикам премии им. А.Н. Косыгина "За разработку и вне­дрение технологий сернокислотного алкилирования, не имеющего аналогов в мире, по глубокой перераб отке нефти для получения высокооктановых бензинов (Евро 3, Евро 4). Настоящая премия ежегодно присуждается Российским союзом товаро­производителей за достижения в решении проблем развития реального сек­тора экономики России.

Отечественным нефтепереработчикам и поставщикам нефтепродуктов ос­талось решить, что делать: тратить нефтедоллары на обеспечение развития техно­логий и производства в других странах, закупку иностранного топлива или тра­тить за­метно меньшие средства на применение лучших в мире отечественных техноло­гий и обеспечивать национальную "топливную" безопасность. В свою очередь, российскому патентообладателю целесообразно предпринять необходи­мые шаги для обеспечения эффективного выхода на мировой рынок. Если бы се­годня про­водились открытые тендеры на строительство новых установок алкили­рования, то нет сомнения, что отечественная промышленность может серьезно потеснить иностранные компании. А это, в свою очередь, в значительной мере определяется экономической политикой государства, которое просто обязано не только декла­рировать "создание условий и прогнозных сценариев", а на деле от­вечать за реа­лизацию эффективной национально ориентированной промышлен­ной политики.